Reinventing Phosphorus Anodes: Taming Pulverization via Strain‐Induced Interfacial Coupling

材料科学 阳极 拉曼光谱 联轴节(管道) 灵活性(工程) 体积热力学 碳纳米管 密度泛函理论 导电体 基质(水族馆) 碳纤维 粒子(生态学) 纳米技术 化学工程 拉伸应变 合金 体积膨胀 复合材料 电流密度 工作(物理) 黑磷 极限抗拉强度 单层 光谱学 化学物理 纳米
作者
Zhuosen Wang,Mengyuan Ran,Kun Cui,T. Li,Jinshuo Zou,Jianhua Zhu,Y. Chao
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:65 (9): e23513-e23513 被引量:1
标识
DOI:10.1002/anie.202523513
摘要

Abstract Alloy‐type anodes offer high theoretical capacity, yet their practical application is hindered by substantial volume expansion and particle pulverization. In this work, a proactive strategy is proposed to converts the inherent volume change from a detrimental issue into a driving force for interfacial stabilization. By leveraging the flexibility of robust single‐walled carbon nanotubes (SWCNTs) and the large volume variation of phosphorus upon lithiation, the induced tensile strain in SWCNTs enhances their interaction with fragmented alloy particles, promoting interfacial coupling and the formation of P─C bonds. Operando Raman spectroscopy and density functional theory (DFT) calculations corroborate this chemomechanical coupling mechanism, which effectively stabilizes fractured phosphorus clusters, suppresses intermediate dissolution, and facilitates the reconstruction of a robust conductive network. As a result, the phosphorus anode incorporating only 1 wt% SWCNT delivers a high specific capacity of 1981.6 mAh g −1 at 0.1C, 1235.6 mAh g −1 at 5C, and maintains 1301.9 mAh g −1 (78.1% retention) after 500 cycles at 1C. Moreover, the NCM811//BP─SWCNT full cell achieves 507 Wh kg −1 and 1459.7 mAh g −1 after 500 cycles at 1C. This study establishes an active stress‐utilization design principle, providing new perspectives for developing high‐energy‐density alloy‐type anodes.
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